INFLUENCE DU RAYONNEMENT DIFFUSÉ SUR LA

RÉSOLUTION SPATIALE :

ÉTUDE QUANTITATIVE SUR UN SYSTÈME NUMÉRIQUE DR

BÉDOUA ARSÈNE BAYALA

Étudiant Bachelor – Filière Technique en radiologie médicale

JULIE SALAMIN

Étudiante Bachelor – Filière Technique en radiologie médicale

Directrice de travail : INA BUCHILLIER-DECKA

Référent du travail : PASCAL MONNIN

TRAVAIL DE BACHELOR DÉPOSÉ ET SOUTENU À LAUSANNE EN 2015 EN VUE DE

L’OBTENTION D’UN BACHELOR OF SCIENCE HES-SO EN TECH NIQUE EN RADIOLOGIE

MEDICALE

Haute Ecole de Santé Vaud Filière Technique en radiologie médicale

RESUME

L’objectif de cette étude est d’investiguer l’effet du rayonnement diffusé sur la résolution spatiale en

radiodiagnostic, sur un appareil numérique à conversion directe.

Nous avons imagé des plaques de poly méthacrylate de méthyle selon la méthode du beam-stop pour

quantifier le rayonnement diffusé au travers du rapport S/P. Les paramètres d’acquisition ont été choisis

de manière à se rapprocher des conditions cliniques. La tension, l’épaisseur et la taille de champ sont

les trois paramètres que nous avons fait varier pour ces mesures. La résolution spatiale a été évaluée

dans des conditions identiques à l’aide d’une mire de résolution.

D’après notre étude, la tension n’a pas d’influence sur le rapport S/P (écart relatif à la moyenne toujours

inférieur ou égal à 10%). Par contre, le rapport S/P augmente avec la taille de champ et l’épaisseur

(facteur 6 entre 5 et 25cm, avec champ de 15cm*15cm). La résolution spatiale est influencée par les

trois paramètres. L’influence de la tension et de la taille de champ est plus marquée lorsque l’épaisseur

de matière augmente. En corrélant les résultats de ces deux études, nous observons que plus le rapport

S/P augmente, plus la résolution spatiale diminue.

En conclusion, il est essentiel d’optimiser la taille de champ et de diminuer l’épaisseur de la structure

explorée pour réduire le diffusé mais également pour améliorer la résolution spatiale. De plus, notre

étude du rapport S/P nous permet d’estimer le rapport S/P pour toutes les tailles de champ (268 à 1600

cm2) et épaisseurs (5 à 25 cm).

MOTS-CLES

Rayonnement diffusé / Résolution spatiale / Qualité d’image / Direct Radiography (DR) / Fantôme de

Leeds / Rapport S/P / Grille anti-diffusante / Bruit

AVERTISSEMENT

Les prises de position, la rédaction et les conclusions de ce travail n’engagent que la responsabilité de

ses auteurs et en aucun cas celle de la Haute Ecole Cantonale Vaudoise de la Santé, du Jury ou du

Directeur du Travail de Bachelor.

Nous attestons avoir réalisé seuls le présent travail, sans avoir utilisé d’autres sources que celles

indiquées dans la liste de références bibliographiques.

Lausanne, juillet 2015 Bédoua Arsène Bayala et Julie Salamin

REMERCIEMENTS

Nous tenons à remercier chaleureusement toutes les personnes intervenues dans le cadre de notre travail

de Bachelor.

Tout d’abord notre directrice de mémoire Madame Buchillier-Decka, pour son soutien et son

encadrement dans le suivi de ce projet ainsi que notre professeur de physique Monsieur Monnin pour

ses remarques constructives lors des diverses présentations. Un grand merci également à HESAV pour

la mise à disposition du matériel et des salles de travail.

Nous remercions aussi le Dr Rotzinger pour sa disponibilité et son éclairage sur la place de la résolution

spatiale dans la radiologie à l’heure actuelle.

Pour finir nous remercions nos proches pour leurs encouragements et leur soutien, ainsi que nos

relecteurs, pour leurs conseils et critiques et le temps consacré à la correction de ce présent travail.

TABLE DES MATIERES

1. Introduction .................................................................................................................................. 1

2. Rappels .......................................................................................................................................... 2

2.1 Rayonnement diffusé ............................................................................................................... 2

2.2 Résolution spatiale .................................................................................................................. 3

3. Problématique ............................................................................................................................... 4

4. Méthodologie ................................................................................................................................. 6

4.1 Méthode ................................................................................................................................... 6

4.2 Matériel ................................................................................................................................. 11

5. Résultats et analyse ..................................................................................................................... 13

5.1 Réponse du détecteur en fonction de la dose ......................................................................... 13

5.2 Etude du rayonnement diffusé ............................................................................................... 16

5.3 Etude de la résolution spatiale ............................................................................................... 19

5.4 Evolution de la résolution spatiale en fonction du diffusé .................................................... 22

5.5 Etude de la détectabilité......................................................................................................... 23

5.6 Mesures complémentaires ..................................................................................................... 25

6. Discussion .................................................................................................................................... 27

7. Conclusion ................................................................................................................................... 31

Liste de références ............................................................................................................................... 33

Bibliographie ........................................................................................................................................ 34

Annexes ................................................................................................................................................ 36

LISTE DES ABREVIATIONS

AEC mode automatique

AP antéro-postérieur

DFD distance foyer-détecteur

DFO distance foyer-objet

DOD distance objet-détecteur

DR direct radiography (numérique)

Gy (µGy) gray (micro gray)

kV kilo volts

LSF fonction d’étalement linéaire

mAs milli ampère seconde

MTF modulation transfer function

pl/mm paires de lignes par millimètre

PMMA poly méthacrylate de méthyle

PSF point spread function

ROI region of interest (région d’intérêt)

RS résolution spatiale

S/P rapport rayonnement secondaire (S) sur primaire (P)

SNR rapport signal sur bruit

TRM technicien en radiologie médicale

1

1. INTRODUCTION

La qualité d’image est essentielle en radiologie afin d’offrir au radiologue les meilleures conditions pour

poser son diagnostic. Or, une des difficultés récurrentes du métier de technicien en radiologie médicale

(TRM) réside dans le choix du meilleur compromis entre les différents paramètres afin de fournir une

qualité d’image optimale. Le TRM, par une pratique réfléchie et optimisée, peut participer de manière

directe à l’amélioration de la qualité d’image et donc à la pose d’un meilleur diagnostic.

À l’heure actuelle, la radiologie conventionnelle sert principalement à des études ostéo-articulaires.

Ainsi, les informations recherchées nécessitant une très bonne résolution concernent essentiellement les

fractures ou l’étude de petites structures à faible contraste. C’est pour les examens des parties

anatomiques d’épaisseurs importantes, avec des structures superposées ou atténuant fortement les

rayons que l’on va chercher à optimiser la résolution spatiale (RS). Une bonne résolution nous permet

notamment de visualiser des micro pathologies ou micro lésions. Sur une radiographie standard de bonne

définition, le diagnostic peut s’avérer plus détaillé et peut-être l’examen au scanner pour préciser une

suspicion pourra être évité. Ce qui signifie entre autre moins d’irradiation pour le patient. D’après le Dr

Rotzinger, radiologue au CHUV, il a été confirmé par exemple que les clichés de face et de profil de la

colonne lombaire pour une recherche de fracture des processus demandent beaucoup d’attention. Nous

pouvons également citer les études du gril costal, de la hanche ou l’étude du rétrocarde sur un cliché du

thorax de face. Comme le précisent Frija, de Kerviler, Zagdanski, Feger, Attal et Laval-Jeantet (1997,

p. 12-13) dans leur revue, une étude du thorax à la recherche de micro nodules pulmonaires nécessite

une RS minimale de 0,5 pl/mm, elle devrait approcher 2,5 pl/mm pour les petits pneumothorax et pour

les pneumopathies interstitielles, 5 pl/mm.

Le rayonnement diffusé est un phénomène apparaissant tout au long de la chaîne de production de

l’image radiologique. De nombreuses études ont été faites pour comprendre ce phénomène et chercher

à s’en affranchir. La RS est un des critères de qualité, au même titre que le bruit et le contraste.

Cependant, nous allons nous concentrer sur celle-ci car elle est moins étudiée que les autres paramètres

et que, selon la pathologie recherchée, elle joue un rôle clé.

Le but de cette étude est d’investiguer l’effet du rayonnement diffusé sur la RS sur un appareil de

radiologie conventionnelle. La tendance actuelle étant d’équiper les salles de radiologie avec des

systèmes numériques, nous avons choisi d’effectuer notre étude sur un appareil DR (capteur plan). A

travers ce travail, nous souhaitons mettre en évidence les éléments sur lesquels le TRM peut agir et qui

permettrons de réduire le rayonnement diffusé et d’améliorer la RS. Nous étudierons l’impact de la

variation de trois paramètres, à savoir la taille de la surface et l’épaisseur irradiée ainsi que la tension,

sur ces deux éléments.

2

2. RAPPELS

2.1 Rayonnement diffusé

Toute matière touchée par les rayons X est source de rayonnement diffusé, de la fenêtre de sortie du

tube jusqu’au détecteur. Les interactions du rayonnement incident dans l’objet provoquent la formation

de photons secondaires diffusés émis dans toutes les directions de l’espace. Ces photons sont le plus

souvent issus de l’interaction Compton. Les photons incidents sont supposés voyager en ligne droite et

porter une information concernant les propriétés d’atténuation des tissus traversés sur leur chemin.

Malheureusement, même si le rayonnement secondaire produit a tendance à diffuser vers l’avant lorsque

l’énergie du rayonnement incident est élevée (Yaffe & Johns, 1983), il est néanmoins dévié et ne suit

pas la direction du rayonnement primaire. La localisation des informations qu’il contient est donc

erronée. Cet effet se traduit par une péjoration de la qualité de l’image, notamment par une atténuation

du contraste et l’effacement des contours des objets (Dillenseger & Moerschel, 2009, p. 24). Le

rayonnement diffusé est le plus souvent évalué au travers du rapport secondaire/primaire (S/P). Ce

dernier fait référence à la proportion de photons diffusés par rapport à la quantité de photons primaires

à la surface du détecteur.

Il existe de nombreuses sources de diffusé mais pour notre étude, nous allons nous pencher sur sa

principale qui est le volume de la matière irradiée. La probabilité d’avoir des interactions Compton est

proportionnelle à la densité du matériau rencontré. Le diffusé est majoré de manière importante en

fonction du volume où se produisent les interactions. La quantité de rayonnement diffusé dépend donc

de l’épaisseur et de la surface irradiée, de la quantité de rayonnement primaire et de la performance des

dispositifs anti-diffusé utilisés. Comme l’illustre l’image suivante, nous observons qu’en diminuant la

collimation, il est possible de réduire fortement la production de rayonnement diffusé.

Fig. 1: Influence de la collimation sur la production de diffusé tiré de http://www.leswilkins.com

3

Différentes méthodes peuvent être appliquées pour s’affranchir partiellement du rayonnement diffusé.

Ce dernier peut être réduit soit dès la production du rayonnement en utilisant un faisceau en pinceau

(Shah, Hassam & Newman, 1996), soit à la sortie du patient en utilisant une grille anti-diffusante ou un

air-gap soit grâce à l’intervention du TRM pour limiter la surface irradiée ou réduire l’épaisseur de

l’objet par compression.

2.2 Résolution spatiale

Le concept de RS fait référence à la capacité à distinguer des petits objets ou des structures proches sur

l’image (Lança & Silva, 2009, p. 137). Elle est influencée par différents facteurs géométriques liés à la

projection des objets sur le détecteur. Il y a la taille du foyer, qui crée une pénombre sur le pourtour des

objets projetés. Ensuite, le rapport entre la distance foyer-détecteur (DFD) et la distance foyer-objet

(DFO), caractérisée par le facteur d’agrandissement, va entraîner une modification de la taille de l’objet.

Enfin, le flou cinétique dû par exemple à la respiration du patient intervient aussi sur la résolution

(Dillenseger & Moerschel, 2009, p. 28). Au niveau du système de détection numérique, la taille des

pixels et le phénomène de diffusion du signal à l’intérieur du matériel de détection (Samei, 2003, p. 45)

vont aussi limiter la RS. Le rayonnement diffusé, émis par l’objet traversé, crée un flou qui se manifeste

par une ombre à la périphérie de chaque organe, altérant ainsi le contraste et la résolution de l’image.

Il existe deux manières d’évaluer la résolution spatiale. D’abord, il y a la méthode objective qui consiste

en l’analyse de la « point spread function » (PSF). C’est une mesure de l’étalement du signal produit par

une source ponctuelle décrivant la réponse d'un système d'imagerie. Dans sa thèse de doctorat, Chantepie

(2008, p. 21) explique qu’« en pratique la PSF ne peut pas se mesurer directement. Pour cela on mesure

la fonction d’étalement linéaire (LSF) en plaçant une fente étroite devant une source pour obtenir un

pinceau ayant une forme linéaire. » La LSF est ensuite convertie en « fonction de transfert de

modulation » (MTF) par un processus mathématique appelé « transformée de Fourier ». La MTF

représente la manière dont le détecteur reproduit le contraste de l’image radiante par rapport à celui de

l’objet observé en fonction de différentes fréquences spatiales. En général, c'est la valeur correspondant

à 5% de contraste qui est retenue comme limite au-delà de laquelle on considère qu'un détail n'est plus

décelable. Elle se mesure en paires de lignes par millimètre (pl/mm).

La RS peut aussi facilement être évaluée à l’aide d’un objet test appelé mire de résolution (fig. 2). Cette

mire est un objet composé de plusieurs séries de fines barres alternant avec des espaces radio

transparents. A chaque série, l’espace et la taille des lames de plomb diminuent. Dans ce cas, c’est

l’observateur qui détermine jusqu’à quelle alternance les lignes sont visibles. C’est alors une méthode

plus subjective.

4

Fig. 2: Mire de résolution

Il existe d’autres critères de qualité qui sont le contraste et le bruit, mais nous n’allons pas approfondir

ce sujet. Signalons seulement que le rayonnement diffusé a un effet négatif important sur le contraste et

que ce dernier a largement été étudié. Quant au rapport signal sur bruit (SNR), il est légèrement amélioré

en présence de diffusé.

3. PROBLEMATIQUE

Nos recherches dans la littérature nous ont démontré que les études traitant du rayonnement diffusé sont

nombreuses. En effet, c’est un sujet qui a été largement étudié et son impact sur la qualité de l’image est

régulièrement cité. Il n’est pas tout à fait correct de parler de la qualité de l’image dans son ensemble

car c’est essentiellement l’effet du rayonnement diffusé sur le contraste dont il est discuté. L’aspect

traitant de la RS est quant à lui moins fréquemment abordé.

Les études auxquelles nous faisons référence sont effectuées sur des systèmes de détection différents. Il

n’est donc pas évident de comparer leurs résultats respectifs. L’étude d’Arimura, Date, Morikawa,

Kubota, Matsumoto et Kanamori (2002) traitant du lien entre la RS et le rayonnement diffusé donne des

résultats pour le couple écran-film. Ils étudient notamment l’influence du diffusé produit par le foyer et

le système de détection sur la qualité d’image à travers la MTF. Salvagnini, Bosmans, Struelens et

Marshall (2012) ont fait leur étude de quantification du rayonnement diffusé sur un appareil de

mammographie. Les tensions utilisées sont plus basses et les épaisseurs plus petites que celles utilisées

en radiologie conventionnelle. Les résultats de ces études ne correspondent pas à nos attentes car, nous

sommes intéressés à avoir ceux d’un appareil de radiologie conventionnelle avec un système numérique

à conversion directe. Notons que les paramètres d’expositions et la géométrie de mesures ne

correspondent pas non plus aux conditions cliniques habituelles.

5

Même si ces études ont été effectuées sur des systèmes radiologiques et des gammes de tensions

différents, les avis concernant l’effet de la tension sur le diffusé sont les mêmes. Yaffe et Johns (1983)

étudient la dépendance du diffusé à l’énergie des rayons X. Ils s’accordent à dire que la tension n’a pas

d’effet sur le rapport S/P, car même si l’effet photoélectrique cesse d’être important et est remplacé par

l’effet Compton, l’augmentation de la pénétration du rayon compense ce phénomène. Cette conclusion

est également mise en avant par Fritz et Jones (2014) pour qui « le rapport S/P dépend fortement du

FOV et faiblement des kV». Nous avons aussi trouvé des avis unanimes à propos de l’effet de l’épaisseur

et de la surface irradiée sur le rayonnement diffusé. La quantité de diffusé produite est corrélée avec

l’augmentation de l’un et de l’autre, comme illustré dans l’étude de Yaffe et Johns (1983) où il est bien

mis en avant la dépendance de la production de rayonnement diffusé à l’épaisseur du patient. Ils nous

proposent également trois méthodes différentes pour déterminer le rapport S/P dont une méthode

expérimentale appelée « beam-stop ».

A nouveau proposée par Fritz et Jones (2013, p. 315), cette méthode a retenu notre attention et nous

allons l’appliquer lors de nos recherches. Nous avons aussi suivi leur idée (p. 315-316) pour la

détermination de la charge que nous utiliserons lors des mesures du rapport S/P, avec le mode

automatique (AEC). Nous nous sommes inspirés de la taille des ROI qu’ils ont employés et de leur idée

de support pour maintenir le disque plombé à une distance constante du détecteur.

Nous avons également retenu la solution de Salvagnini, Bosmans, Struelens et Marshall (2012) qui,

n’ayant trouvé qu’un écart de 3.2% entre les différentes tensions lors de leur étude ont décidé d’utiliser

une valeur moyenne de rapport S/P.

Les études traitant de la RS et du rayonnement diffusé présentent la façon dont ceux-ci varient selon la

tension, l’épaisseur de matière traversée et la surface irradiée. C’est pourquoi, il nous a semblé opportun

de retenir ces mêmes paramètres.

Deux méthodes d’analyse de la RS ont été appliquées dans les différents articles que nous avons

consultés. La méthode d’analyse visuelle se rapproche le plus de la pratique clinique. Nous l’avons donc

retenue pour notre étude. La méthode d’analyse mathématique (MTF) pratiquée dans les conditions de

laboratoire est plus complexe et nous n’allons pas l’utiliser.

L’objectif principal de notre recherche est de déterminer la relation existant entre la RS et le

rayonnement diffusé avec un système numérique DR, dans des conditions de mesures se rapprochant le

plus possible de la pratique. Pour cela, nous allons d’abord mesurer et quantifier le rapport S/P en

fonction de l’épaisseur, la taille de champ et la tension. A partir de ces mesures, nous souhaitons établir

une base de données qui nous permettra de déterminer la valeur de S/P avec chacun de ces trois

paramètres. Ensuite nous allons étudier le comportement de la RS lorsque ces mêmes paramètres varient.

Un second objectif est d’étudier la détectabilité des petits objets à haut contraste en mettant en avant le

lien entre la RS et la détectabilité.

6

4. METHODOLOGIE

4.1 Méthode

Notre méthodologie comporte plusieurs étapes. Au cours de la première étape, nous avons évalué la

répétabilité des mesures de la dose en effectuant des irradiations du dosimètre avec des paramètres

identiques. Nous avons ensuite effectué des mesures pour déterminer la réponse du détecteur à la

quantité de rayonnement l’atteignant. Cette calibration du détecteur s’avère essentielle pour convertir

les niveaux de gris en dose. Ceci nous a permis pour la suite de nous affranchir de l’utilisation d’un

dosimètre en passant par la conversion des niveaux de gris en doses grâce au détecteur.

L’étape suivante consiste en la quantification du rayonnement diffusé par le rapport S/P. Cette étape est

suivie par la mesure de la RS, avec des paramètres identiques à ceux utilisés pour l’étude du

rayonnement diffusé. Enfin, la dernière étape comprend des compléments de lecture de clichés qui nous

ont permis de répondre à notre dernier objectif.

4.1.1 Réponse du détecteur en fonction de la dose

Nous allons utiliser notre détecteur en tant qu’instrument de mesure à la place du dosimètre. Pour cela,

il est essentiel d’établir la réponse du système à l’exposition. Cette calibration nous permet d’établir le

lien entre la dose au détecteur et le niveau de gris reproduit. En principe, la réponse des systèmes

numériques est linéaire, c'est-à-dire qu’une augmentation d’exposition entraîne une augmentation

proportionnelle de niveau de gris de l’image.

Nous avons effectué à cet effet plusieurs clichés en mode manuel, avec le détecteur inséré dans le bucky

table, à une DFD de 1.20m. Cette configuration a été utilisée pour l’ensemble de notre étude. Le

dosimètre « Dosimax plus » a été disposé sur le détecteur DR pour mesurer la quantité de rayonnement

y parvenant. Nous avons retenu les tensions suivantes: 55kV, 70kV, 81kV, 90kV, 100kV, 109kV, 121kV

et 125 kV. Ces valeurs sont utilisées dans la pratique clinique et resteront les mêmes pour la suite de

notre étude. Nous sommes partis de la charge la plus basse disponible pour notre installation (0.5mAs)

jusqu’à obtenir une dose au détecteur maximale de 20µGy. Une taille de champ de 15cm*15cm à la

table a été utilisée. Une filtration de 25mm d’aluminium (Al) a été placée à la sortie du tube radiogène.

Elle permet d’obtenir un faisceau de qualité semblable à celle utilisée pour les mesures ultérieures du

diffusé et d’homogénéiser le faisceau en supprimant les photons de basses énergies.

Nous avons utilisé le protocole « Quality control » qui nous permet d’obtenir des images n’ayant subi

aucun traitement d’image particulier si ce n’est la correction des pixels morts et du flat field. Nous allons

utiliser le même protocole pour la suite de nos expériences.

7

4.1.2 Quantification du rayonnement diffusé

4.1.2.1 Paramètres d’acquisitions

Pour la quantification du rayonnement diffusé par le rapport S/P, nous avons utilisé la méthode du beam-

stop que nous avons retenu de l’étude de Fritz et Jones (2014). Elle consiste à réaliser des clichés avec

un disque en plomb positionné au milieu du faisceau d’irradiation. Ce disque de 2mm d’épaisseur et

14mm de diamètre sert à stopper tout le rayonnement primaire, nous permettant de mesurer séparément

les contributions du rayonnement primaire et du rayonnement diffusé. Il est disposé sur un support

composé d’un cadre en bois d’une hauteur de 26cm et d’une plaque de poly méthacrylate de méthyle

(PMMA) de 3mm d’épaisseur (radio transparente) permettant de le maintenir à une distance identique

du détecteur et au centre du faisceau quel que soit l’épaisseur de PMMA utilisée (fig. 4). Aucun filtre

additionnel n’a été employé. Les tensions utilisées sont identiques à celles employées pour la réponse

du détecteur. Cinq épaisseurs de PMMA différentes ont été testées : de 5 à 25cm tous les 5cm. Le format

de ces plaques est de 5cm d’épaisseur et de 20 ou 30cm de côté. Des tailles de champs de 15cm*15cm,

20cm*20cm, 25cm*25cm et 30cm*30cm à la surface des plaques de PMMA sont utilisées.

La grille anti-diffusante n’a pas été utilisée car elle nous priverait d’une grande partie du diffusé que

nous souhaitons mesurer.

Pour le choix des charges utilisées, nous avons réalisé des images avec le mode automatique comme

présenté par Fritz et Jones (2014). Nous avons ensuite relevé la charge indiquée sur l’écran de

visualisation (I0) pour chaque image prise (chacune des tensions pour toutes les épaisseurs). L’annexe 1

présente les différents résultats obtenus. Pour la mesure du rapport S/P nous avons travaillé en mode

manuel avec les charges relevées lors de cette préparation des mesures. La géométrie d’acquisition est

représentée dans la figure ci-dessous.

8

Fig. 3: Disposition du matériel pour la méthode du beam-stop

Fig. 4: Positionnement du disque plombé

Support

Disque plombé

Faisceau

Collimation

Tête radiogène

Plaques PMMA

Bucky table

Détecteur

Surface des plaques

Foyer

9

4.1.2.2 Calcul du rapport S/P

Nous avons obtenu 360 clichés au total comme illustré par les images a) et b) de la figure 5. Au centre

de l’image a), nous observons une zone radio-opaque qui matérialise l’emplacement du disque plombé.

L’image homogène b) a été réalisée sans disque plombé. À l’aide de régions d’intérêt (ROI) dessinées

avec le logiciel de traitement d’image ImageJ version 1.49p, dans chacune des zones, nous avons mesuré

les valeurs moyennes du niveau de gris. Comme proposé par Fritz et Jones (2013), la taille de nos ROI

représente la moitié de la taille du disque pour éviter les perturbations liées au bord de l’objet.

a) b)

Fig. 5: Mesure des niveaux de gris pour l’estimation du rapport S/P

a) image avec plomb, b) sans plomb

La valeur issue de la zone radio-opaque représente le niveau de gris du diffusé (S) et celle de la zone sur

l’image homogène représente le niveau de gris du diffusé et du primaire (S+P). Nous avons ensuite

converti ces niveaux de gris en dose à l’aide des équations issues des courbes de calibration. En

soustrayant la dose du diffusé (S) à la dose du rayonnement total (S+P) nous obtenons la dose du

rayonnement primaire (P). Ainsi, nous avons les données nécessaires pour déterminer le rapport S/P en

fonction de nos différents paramètres à savoir l’épaisseur, la taille de champ et la tension.

4.1.3 Etude de la résolution spatiale

4.1.3.1 Paramètres d’acquisition

Nous avons réalisé des images avec le fantôme de Leeds en utilisant les mêmes paramètres que ceux

utilisés pour la quantification du rapport S/P. Ce fantôme a été choisi car c’est un objet-test dédié à la

radiologie analogique mais adapté également au numérique. Il comporte plusieurs éléments permettant

d’étudier les différents critères de qualité de l’image dont la résolution spatiale. Nous avons travaillé en

mode manuel, le fantôme de Leeds disposé directement sur la table avec par-dessus, les différentes

épaisseurs de PMMA selon le schéma de la figure 6. Etant donné que la lecture de la résolution spatiale

se fait dans les conditions d’un faible bruit, nous avons décidé d’utiliser une charge plus importante par

rapport à celle utilisée dans le rapport S/P (3* I0).

Mean : 151.28

Mean : 83.57

10

Fig. 6: Disposition du matériel pour l’étude de la résolution spatiale

4.1.3.2 Mesure de la résolution spatiale

Nous avons obtenu 160 images qui ont été lues à l’aide du logiciel imageJ. Afin de garantir la constance

des résultats, un même écran d’ordinateur à visée diagnostique de haute qualité disponible à la filière

TRM a été utilisé. La limite de résolution spatiale se traduit par le dernier groupe de paires de lignes

visible par l’observateur. Le dernier groupe où l’alternance des lignes noires-blanches discernable sur

la mire a été déterminée par une analyse visuelle de chacune des images. Nous avons adapté la fenêtre

de lecture en la centrant sur l’histogramme afin d’avoir un contraste et une luminosité adéquats pour une

lisibilité optimale. Quatre lecteurs ont visionné ces images, deux étudiants de 3ème année TRM et nous-

même, puis une moyenne de ces résultats a été faite. Cette méthode est subjective puisque elle dépend

de l'œil humain, de la qualité de la correction de la vision et de la définition que l’on donne à la notion

« visible ». Le résultat est donc lecteur-dépendant. Néanmoins, c’est également la méthode la plus

accessible et celle qui se rapproche le plus des conditions cliniques. A l’aide de la table de conversion

fournie avec le manuel d’utilisation du fantôme [annexe 2] nous avons converti ces nombres de groupes

de paires de lignes visibles en fréquence spatiale, exprimée en paire de ligne par millimètre (pl/mm).

Mire de résolution

Faisceau

Collimation

Tête radiogène

Plaques PMMA

Bucky table

Détecteur

Surface des plaques

Foyer

11

4.2 Matériel

• Nos expériences ont été réalisées dans la salle RX 3 situé dans le bâtiment HESAV, Bugnon 21, à

Lausanne. Cette salle est équipée d’un appareil radiographique numérique Multix Fusion de

Siemens et un détecteur direct mobile câblé. Ce détecteur est composé de césium d’iodure (CsI). Il

comporte 7,64 millions de pixels (3032*2520) pour une surface active de 35*42.1cm. La taille des

pixels est donc de 139µm, ce qui nous donne une résolution spatiale de 3.6 pl/mm.

• Le fantôme de Leeds TOR CDR est un objet-test comportant plusieurs éléments de mesure. Nous

avons principalement exploité l’élément central, qui permet d’évaluer la résolution spatiale. Cet

élément central est composé de 30 groupes de 5 lignes alternant avec 4 espaces. A mesure que la

fréquence augmente, les espaces deviennent plus petits et les lignes se rapprochent. Pour ce

fantôme, la conversion des groupes de lignes en fréquences spatiales (de 0.5 à 14.3 pl/mm) est

donnée dans le manuel d’utilisation du fantôme présenté à l’annexe 2. Les inserts périphériques

sont composés de disques de différentes tailles et contrastes et permettent d’évaluer la détectabilité

(fig.7).

Fig. 7: Fantôme de Leeds

Mire de résolution: groupes alternant lignes plombées et espaces vides

Détectabilité des grands objets à bas contraste : 17 disques de 11mm de diamètre

Détectabilité des petits objets à haut contraste : 17 disques de 0.5mm

Mesure des valeurs de gris : 10 disques de 5.6mm de diamètre

12

• Le dosimètre utilisé est un appareil DOSIMAX plus A de IBA avec un détecteur solide RQA. Il

mesure des doses de 0.2µGy à 9mGy pour un temps d’exposition de 1ms à 19999s. La réponse de

ce dosimètre varie de 5% pour les tensions entre 50 à 150kV.

Fig. 8: Dosimètre, tiré de http://www.iba-dosimetry.com/

• L’analyse des images concernant la résolution spatiale a été effectuée sur un écran radiologique de

haute qualité à visée diagnostique avec une fréquence d’actualisation de 60Hz, muni d’une carte

graphique spéciale dédiée aux images médicales et d’un hardware EIZO G31, 2048*1536, Matrox

Power.

• La grille anti-diffusante n’est pas exploitée lors de la réalisation des clichés pour le rapport S/P et

la résolution spatiale. Mais, dans le but de faire une comparaison et d’évaluer l’amélioration de la

qualité d’image que l’on obtient lors de son utilisation, nous avons effectué dans un deuxième temps

des mesures avec la grille, pour une tension de 100kV et un champ de 20cm*20cm avec toutes les

épaisseurs de PMMA. C’est une grille transparente mobile de 48,35cm*46cm de type AAS. Elle

comporte 50 lignes de lames plombées par centimètre, avec un facteur de grille de 10 et une distance

focale de 115cm.

13

5. RESULTATS ET ANALYSE

5.1 Réponse du détecteur en fonction de la dose

Nous n’avons effectué qu’un seul cliché pour chacune des conditions d’irradiation et avons mesuré le

niveau de gris sur 197 images.au total. Avant d’effectuer la calibration du détecteur, nous avons testé la

stabilité de la réponse du Dosimax et du détecteur DR.

Pour ce test, 5 clichés ont été réalisés à une DFD de 1,20 m, un champ de 20cm*20cm, une tension de

50kV, petit foyer, plaque de PMMA de 5cm d’épaisseur, mode AEC (cellule centrale), protocole

« genou face AP », avec le détecteur placé dans le bucky table. Le choix de 50kV a été fait en regard de

la limite inférieure de détection du dosimètre.

Nous avons relevé pour chaque image la dose indiquée sur le dosimètre. Pour chaque image, nous avons

ensuite effectué des mesures des niveaux de gris dans quatre ROI (fig. 9) puis calculé la moyenne de ces

valeurs, que nous avons reportée dans le tableau 1. Nous avons mesuré un écart-relatif inférieur à 1%

entre ces valeurs, ce qui nous amène à considérer la réponse du détecteur comme stable.

Fig. 9: Zones de mesures des niveaux de gris servant à la valeur moyenne

Tableau 1: Stabilité des mesures avec une tension de 50 kV et une charge de 1,6 mAs

Essai n° 1 2 3 4 5 Moyenne Ecart relatif max

Dose Dosimax (µGy) 4.25 4.37 4.11 4.01 4.30 4.21 0.038

Niveau de gris 2147 2149 2151 2149 2141 2147 0.0033

Les résultats obtenus pour la mesure de dose démontrent que l’écart maximal est inférieur à 5%. Nous

avons estimé que ce résultat serait comparable pour toutes les tensions (puisque 50kV étant la tension

limite du détecteur).

Zone 1

Zone 4

Zone 3

Zone 2

14

Sur les clichés obtenus pour la calibration, nous avons mesuré le niveau de gris de l’image à l’aide de

ROI sur le logiciel imageJ. Les valeurs obtenues ont été reportées pour chacune des tensions sur le

graphique suivant. Nous observons très bien l’allure linéaire de la réponse du détecteur à la dose.

Graphique 1: Courbes de la calibration

Nous avons ensuite tracé des courbes de tendance pour chaque tension et calculé les indices de

corrélation correspondants, que nous avons trouvé excellent (> 0.9).

Tableau 2: Equation des courbes de tendances de la calibration

Tensions Equations des courbes de tendance

Indices de corrélation

Tensions Equations des courbes de tendance

Indices de corrélation

55 kV y = 0.0147x - 0.2489 R2= 0.999 100 kV y = 0.0116x - 0.3488 R2= 0.999

70 kV y = 0.0121x - 0.2385 R2= 0.997 110 kV y = 0.012x - 0.4489 R2= 0.999

80 kV y = 0.0114x - 0.2688 R2= 0.999 120 kV y = 0.0122x - 0.448 R2= 0.999

90 kV y = 0.0113x - 0.3339 R2= 0.999 125 kV y = 0.0125x - 0.612 R2= 0.999

Nous avons effectué des calculs avec ces équations afin de vérifier si elles correspondaient aux valeurs

mesurées par le dosimètre. Les écarts relatifs se situaient majoritairement autour 0 et 5%. Lorsque des

écarts plus importants que 10% apparaissaient, ils étaient dus à un problème de dosimètre qui

n’enregistrait aucune augmentation de la dose alors que les mAs utilisés et le niveau de gris mesuré

augmentaient. Ceci s’explique par le fait que nous n’avons effectué qu’une seule mesure. A 90 kV,

toutes les mesures jusqu’à 1.33µGy présentent un écart relatif de plus de 10%. Nous n’avons

malheureusement pas trouvé d’explication à ce phénomène.

0

5

10

15

20

25

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200

Do

se a

u d

étec

teu

r [µ

Gy]

Niveau de gris

Courbes de calibration

Linéaire (55kV) Linéaire (70kV) Linéaire (81kV) Linéaire (90kV)Linéaire (100kV) Linéaire (109kv) Linéaire (121kV) Linéaire (125kV)

15

Les équations obtenues avec les courbes de tendance en fonction des différentes tensions nous ont servi

à déterminer la dose ayant atteint le détecteur pour chacun des niveaux de gris de l’image lors du calcul

du rapport S/P.

Nous remarquons que la courbe pour 55kV s’éloigne des autres courbes, pratiquement superposées. En

calculant la dose nécessaire pour obtenir une valeur donnée de niveau de gris de 1000 en fonction de

chacune des tensions (graphique 2), nous mesurons des différences de dose jusqu’à 7.75% (sans inclure

55kV). Si nous effectuons le même calcul pour un niveau de gris de 2000, l’écart atteint 8.7%. Cette

différence de 1% est visible sur le graphique 1 par la divergence plus importante des courbes dans les

hauts niveaux de gris. Ce qui signifie que le détecteur a une réponse qui varie en fonction de l’énergie

du faisceau.

Graphique 2: Réponse en énergie pour un niveau de gris de 1000

Au cours de cette caractérisation du détecteur, nous avons non seulement pu évaluer la réponse du

détecteur à la dose, mais nous avons également pu voir que cette réponse était dépendante de l’énergie

du faisceau. Un problème rencontré lors de nos mesures est que pour de hautes charges, nous sommes

arrivés à saturation du détecteur, qui se situe à un niveau de gris de 4095 avec parfois apparition d’images

fantômes dues à la rémanence du détecteur. Généralement, cette saturation apparaît à partir d’une dose

de 70µGy.

9

10

11

12

13

14

15

16

40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140

Do

se a

u d

étec

teu

r [µ

Gy]

Tension [kV]

Réponse en énergie pour un niveau de gris de 1000

16

5.2 Etude du rayonnement diffusé

5.2.1 Le rapport S/P en fonction de la tension

Lors de l’analyse des résultats présentant l’évolution du rapport S/P en fonction de la tension, nous avons

remarqué que l’allure des courbes était globalement constante. Le graphique 2 illustre ce propos, avec

un écart-type de 0.01 entre toutes les tensions pour 5cm de PMMA et 0.12 pour 15 et 20 cm de PMMA.

Au vu de cet écart, nous avons calculé pour chacune des épaisseurs une moyenne (S/Pm) des valeurs du

rapport S/P de l’ensemble des tensions. L’ensemble des données brutes acquises pour 55 et 70kV est

présenté dans l’annexe 3.

Graphique 3: Rapport S/P en fonction de la tension pour un champ de 20cm*20cm

Nous pouvons observer quelques variations aléatoires avec les autres tailles de champ et pour les grandes

épaisseurs, mais l’écart relatif à la moyenne ne dépasse pas 10%. Nous admettons donc avancer que le

rapport S/P ne varie pas en fonction de la tension. Au vu de cette conclusion, nous avons décidé de

n’utiliser que ces valeurs moyennes de rapport S/P en fonction de la tension pour nos prochains résultats.

5.2.2 Le rapport S/P en fonction de l’épaisseur

Le graphique suivant nous présente l’évolution du rapport S/P en fonction de l’épaisseur pour chaque

taille de champ. Pour le champ de 15cm*15cm, le rapport S/P augmente presque d’un facteur 6 entre

5cm et 25cm de PMMA (de 0.47 à 2.74). Pour le champ de 25cm*25cm, l’augmentation est beaucoup

plus importante, de l’ordre d’un facteur 8 (entre 0.74 et 5.83).

0

1

2

3

4

5

50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 105 110 115 120 125 130

Rap

po

rt S

/P

Tension [kV]

Rapport S/P en fonction du champ de 20cm*20cm à la surface du PMMA

5cm PMMA 10cm PMMA 15cm PMMA20cm PMMA 25cm PMMA Val. moy. Tensions 5cmVal. moy. Tensions 10cm Val. moy. Tensions 15cm Val. moy. Tensions 20cmVal. moy. Tensions 25cm

17

Graphique 4: Rapport S/P en fonction de l’épaisseur

Pour une même taille de champ, il croît considérablement au fur et à mesure que l’épaisseur augmente.

Sachant que le diffusé est produit par l’interaction du rayonnement avec la matière, en augmentant

l’épaisseur de matière irradiée, le nombre d’interactions entre les photons et la matière augmentent et

produisent au passage plus de diffusé.

5.2.3 Le rapport S/P en fonction de la taille de champ

Le graphique suivant illustre l’évolution du rapport S/P en fonction de la surface irradiée. Il est important

de mentionner qu’ici, nous considérons la surface irradiée au détecteur calculée à une distance fixe de

1.2m du foyer. Pour un champ à la surface de l’objet irradié de 20cm*20cm, la taille de la surface irradiée

sur le détecteur passe de 476cm2 avec 5cm de PMMA à 522cm2 avec 10cm de PMMA, soit une

augmentation de la taille de champ de presque 10%.

Nous observons ici que le rapport S/P augmente lorsque la surface irradiée s’agrandi. Pour les faibles

épaisseurs de PMMA, cette variation est moins importante, comme nous le montre le graphique ci-

dessous (53% pour 5cm entre 0.47 et 0.72), tandis que le rapport S/P croît de manière plus marquée pour

les épaisseurs importantes. Ceci s’observe lorsque nous regardons la courbe de 25cm de PMMA avec

une différence de 112% entre 2.74 et 5.83.

0

1

2

3

4

5

6

0 5 10 15 20 25 30

Rap

po

rt S

/P

Epaisseur de PMMA (cm)

Rapport S/P en fonction de l'épaisseur de PMMA

Champ de 15cm*15cm Champ de 20cm*20cmChamp de 25cm*25cm Champ de 30cm*30cm

18

Graphique 5: Rapport S/P en fonction de la taille de champ

Nous avons tiré des courbes de tendance à partir de ces données puis extrait des équations de calcul.

Celles-ci nous permettront de comparer les valeurs de S/P pour des champs de taille identique avec

différentes épaisseurs.

Tableau 3: Équations polynomiales de S/P en fonction de la taille de champ pour toutes les

épaisseurs

Epaisseurs de PMMA Equations des courbes de tendance Indice de corrélation

5cm y = -4E-07x2 + 0.0009x + 0.2642 R² = 0,997

10cm y = -8E-07x2 + 0.0019x + 0.3491 R² = 0,998

15cm y = -1E-06x2 + 0.0031x + 0.3895 R² = 0,998

20cm y = -9E-07x2 + 0.0035x + 0.7938 R² = 0,998

25cm y = -1E-06x2 + 0.0052x + 0.8213 R² = 0,995

En conclusion de cette étude sur le rapport S/P, nos observations confirment les éléments avancés dans

la problématique soit l’influence des trois paramètres étudiés sur le rayonnement diffusé. En

complément, ces graphiques nous apportent une base de données importante pour l’étude du rapport

S/P. Grâce à ces données, nous pouvons obtenir la valeur de diffusé à l’aide des équations pour n’importe

quelle épaisseur entre 5 et 25 cm de PMMA et pour des champs compris entre 476 et 1600 cm2 à la

surface du détecteur.

0

1

2

3

4

5

6

7

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800

Rap

po

rt S

/P

Taille de champ au détecteur

Rapport S/P en fonction de la taille de champ

5cm PMMA 10cm PMMA 15cm PMMA 20cm PMMA 25cm PMMA

19

5.3 Etude de la résolution spatiale

Nous allons tout d’abord présenter les résultats de notre étude sur la RS sous forme de tableau contenant

l’ensemble des données. Il nous permet d’avoir une vision globale de l’évolution de la RS en fonction

des différents paramètres. Ensuite nous présenterons sous forme d’histogrammes l’évolution de la

résolution spatiale en fonction des différents paramètres. Nous constatons que la RS a tendance à

diminuer lorsque la tension croît, mais également lorsque la taille du champ ou l’épaisseur de PMMA

augmentent.

Tableau 4: Récapitulatif des résultats de la lecture de la résolution spatiale

Taille de champ

Epaisseur de PMMA 5cm 10cm 15cm 20cm 25cm

55kV 15cm*15cm 2.5 2.5 2.24 2.24 2

55kV 20cm*20cm 2.5 2.5 2.24 2 1.8

55kV 25cm*25cm 2.5 2.5 2.24 2 2

55kV 30cm*30cm 2.24 2.24 2 1.8 2

70kV 15cm*15cm 2.5 2.24 2.24 2 1.8

70kV 20cm*20cm 2.5 2.5 2 1.8 1.8

70kV 25cm*25cm 2.5 2.24 2 1.8 1.8

70kV 30cm*30cm 2.24 2 1.8 1.6 1.6

81kV 15cm*15cm 2.5 2.24 2 2 1.6

81kV 20cm*20cm 2.5 2.24 2 1.8 1.6

81kV 25cm*25cm 2.5 2.24 2 1.6 1.6

81kV 30cm*30cm 2.24 2 1.8 1.6 1.4

90kV 15cm*15cm 2.5 2.24 2 1.8 1.6

90kV 20cm*20cm 2.5 2.24 2 1.8 1.4

90kV 25cm*25cm 2.5 2.24 1.8 1.6 1.25

90kV 30cm*30cm 2.24 2 1.6 1.4 1.4

100kV 15cm*15cm 2.5 2.24 2 1.8 1.4

100kV 20cm*20cm 2.5 2.24 2 1.6 1.4

100kV 25cm*25cm 2.5 2.24 1.8 1.4 1.25

100kV 30cm*30cm 2.24 2.24 1.6 1.4 1.4

109kV 15cm*15cm 2.5 2.24 2 1.8 1.4

109kV 20cm*20cm 2.5 2.24 1.8 1.6 1.25

109kV 25cm*25cm 2.24 2.24 1.6 1.4 1.25

109kV 30cm*30cm 2.24 2 1.6 1.25 1.25

121kV 15cm*15cm 2.5 2.24 2 1.8 1.4

121kV 20cm*20cm 2.5 2.24 2 1.6 1.25

121kV 25cm*25cm 2.24 2.24 1.6 1.4 1.12

121kV 30cm*30cm 2.24 2 1.6 1.4 1.25

125kV 15cm*15cm 2.5 2.24 2 1.8 1.4

125kV 20cm*20cm 2.5 2.24 2 1.4 1.25

125kV 25cm*25cm 2.24 2.24 1.6 1.4 1.12

125kV 30cm*30cm 2.24 2 1.6 1.25 1.12

Maintenant que nous avons obtenu ces résultats, il est intéressant de convertir les pl/mm en millimètres

par la formule� =�

�∗(�/��), pour obtenir la taille du plus petit objet visible. Par exemple, pour une RS

20

de 2.24 pl/mm, le plus petit objet visible aura une taille de 0.22mm. Le tableau de conversion ci-après

donne les résultats pour les valeurs obtenues dans notre étude.

Tableau 5: Tableau de conversion des pl/mm en mm

Echelle de conversion

pl/mm taille (mm) pl/mm taille (mm)

2.50 0.20 1.60 0.31

2.24 0.22 1.40 0.36

2.00 0.25 1.25 0.40

1.80 0.28 1.12 0.45

5.3.1 La résolution spatiale en fonction de la tension

Nous observons qu’avec des faibles épaisseurs de P MMA, la RS ne varie pratiquement pas avec

l’augmentation de la tension. En effet avec 5cm de PMMA, de 55kV à 100kV, les résultats sont

identiques, avec une RS de 2.5 pl/mm pour les champs de 15cm*15cm à 25cm*25cm. De 109kV jusqu’à

125kV, la RS diminue déjà pour le champ de 25cm*25cm. Avec 10cm de PMMA, les valeurs de RS

relevées sont superposables pour les tensions de 81kV à 125kV (sauf pour le champ de 30cm*30cm à

100kV). Ensuite pour des épaisseurs de PMMA plus importantes, la RS diminue de manière plus

marquée lorsque la tension augmente comme nous l’observons sur le graphique 5. Par exemple pour le

champ de 25cm*25cm et 25cm de PMMA, le nombre de pl/mm passe de 2 à 55kV à 1.12 à 125kV, ce

qui représente une diminution de 44%.

Graphique 6: Résolution spatiale en fonction de la tension pour 20cm de PMMA

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

5 10 15 20 25

Rés

olu

tion

sp

atia

le [

pl/m

m]

Epaisseur PMMA [cm]

Champ 25cm*25cm

55kV 70kV 81kV 90kV 100kV 109kV 121kV 125kV

21

En observant ce graphique, nous remarquons que l’impact de la tension sur la RS est plus marqué pour

des importantes épaisseurs de PMMA et n’a que peu d’influence à faibles épaisseurs.

5.3.2 La résolution spatiale en fonction de l’épaisseur irradiée

En observant plus attentivement le tableau 4, une nette dégradation de la RS est observée, en particulier

lorsque les tensions sont élevées. À 125kV, avec un champ de 25cm*25cm et 5cm de PMMA, la RS est

de 2.24 pl/mm. Avec 25cm de PMMA, elle chute à 1.12 pl/mm, soit une diminution de 50%. Pour les 3

premières tailles de champ à 70kV, le nombre de pl/mm passe de 2.5 à 1.8 lorsque des épaisseurs de

PMMA sont ajoutées. Ceci représente une diminution de 28%. Comme nous le voyons sur ces

graphiques, la tendance générale est une réduction de la résolution spatiale en fonction de l’épaisseur.

Graphique 7: Résolution spatiale en fonction de l’épaisseur pour un champ de 25cm*25cm

5.3.3 La résolution spatiale en fonction de la taille de champ

La résolution spatiale diminue également lorsque la taille de champ augmente bien qu’elle semble avoir

une influence moins marquée sur la résolution spatiale que l’épaisseur. Pour la plupart des épaisseurs et

des tensions, une réduction de la RS n’est observée qu’à partir du champ de 30cm*30cm, comme par

exemple pour 81kV avec 5, 10, 15 et 25cm de PMMA. Il ne s’agit de plus que d’un groupe de pl/mm

donc une réduction d’environ 10% (respectivement 10.4, 10.7, 10 et 12.5%).

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

55 70 81 90 100 109 121 125

Rés

olu

tion

sp

pat

iale

[p

l/mm

]

Tension [kV]

Champ de 25cm*25cm

5cm PMMA 10cm PMMA 15cm PMMA 20cm PMMA 25cm PMMA

22

Graphique 8: Résolution spatiale en fonction de la taille de champ pour 20cm de PMMA

Pour des hautes tensions et des épaisseurs importantes, il est vrai que la réduction du nombre de pl/mm

visible est plus marquée, comme pour 125kV et 20cm de PMMA où l’on passe de 1.8 à 1.25 pl/mm, soit

une diminution de 4 groupes. Nous tenons à rappeler l’aspect lecteur-dépendant lié à l’évaluation des

groupes sur la mire de résolution. C’est pourquoi une différence d’un groupe de pl/mm doit être analysée

avec prudence. Par exemple, l’amélioration de 2.24 à 2.5 pl/mm de la RS à 70kV pour le champ de

20cm*20cm et 10cm de PMMA provient très probablement de cette « marge d’erreur ».

5.4 Evolution de la résolution spatiale en fonction du diffusé

Le graphique ci-après combine les résultats obtenus lors des études du rapport S/P et de la résolution

spatiale afin de mettre en évidence l’évolution de l’un en fonction de l’autre. La tendance générale

observée est que lorsque le rapport S/P augmente, la RS diminue.

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

5 10 15 20 25

Rés

olu

tion

sp

atia

le [

pl/m

m]

Epaisseur PMMA [cm]

Tension 81kV

Champ 15cm*15cm Champ 20cm*20cm Champ 25cm*25cm Champ 30cm*30cm

23

Graphique 9: Evolution de la résolution spatiale en fonction du rapport S/P

Si nous analysons de plus près ces données, nous remarquons qu’il existe une valeur de rapport S/P au-

delà de laquelle la RS diminue. Pour avoir une RS de 2.5 pl/mm, il faut un rapport S/P maximal de 1.4

comme indiqué dans le tableau ci-dessous. Il est bien évident qu’avec une même valeur de rapport S/P

nous pouvons obtenir plusieurs valeurs de RS. Par exemple pour un rapport S/P de 2.3 la RS peut aller

de 2.24 jusqu’à 1.6 pl/mm. Au-delà de 2.3, la RS diminue dans tous les cas à 2 pl/mm. Pour la RS de 2

pl/mm, nous observons deux valeurs de S/P (5.1 et 5.8) qui s’éloignent du groupement principal. Ces

valeurs sont issues de la mesure avec une épaisseur de PMMA de 25cm et les champs de 25*25 et

30*30cm. Pour la RS de 1.8 et 1.6, le même phénomène se reproduit, avec une valeur extrême de 5.1

(25cm de PMMA et 25cm*25cm) pour les deux résolutions avec en plus 5.8 pour 1.6 pl/mm (25cm,

champ 30cm*30cm). Nous observons une absence de valeurs entre 4.1 et 5.8 pour la RS de 1.4, ces trois

valeurs de 5.8 provenant également des mesures avec 25cm de PMMA et le champ de 30cm*30cm.

5.5 Etude de la détectabilité

Les résultats que nous avons obtenus pour l’étude de la RS ne sont valables que pour les objets à très

haut contraste (alternance noir/blanc). Se pencher sur la détectabilité nous permet de prendre en compte

l’ensemble des éléments (contraste, bruit) influençant la visibilité d’un objet. Afin de se concentrer sur

l’impact du bruit sur la détectabilité, nous avons ciblé les petits objets à haut contraste. Cette étude a été

faite sur les clichés déjà à disposition car les images du fantôme de Leeds nous en ont donné la

possibilité. Nous avons analysé les images pour la taille de champ de 20cm*20cm, pour toutes les

épaisseurs et pour les tensions 90kV, 100kV et 121kV. Notre choix s’est d’abord porté sur 90kV car

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

0 1 2 3 4 5 6 7

Rés

olu

tion

sp

atia

le [

pl/m

m]

Rapport S/P

Rapport RS-S/P moyen

5cm PMMA 10cm PMMA 15cm PMMA 20cm PMMA 25cm PMMA

24

c’est à partir de cette tension que la RS commence à décroître de manière régulière. Les deux autres

tensions étudiées ont été retenues car elles présentaient des similitudes importantes de résultat de RS et

offraient une bonne base de comparaison. L’objectif ici était de faire le lien entre la variation de la

résolution spatiale et celle de la détectabilité des objets. Les résultats de cette analyse sont contenus dans

le tableau ci-dessous.

Tableau 6: Lecture de la détectabilité à haut contraste, champ de 20cm*20cm, 3*I0

Tensions Epaisseurs de PMMA

5cm 10cm 15cm 20cm 25cm

90kV

HC 0.5a) 15 12 10 8 5

C b) 0.061 0.117 0.167 0.238 0.496

pl/mm 2.5 2.24 2 1.8 1.4

SNR 199 138 122 145 174

S/P 0.59 1.11 1.8 2.58 3.84

100kV

HC 0.5a) 15 12 11 10 6

C b) 0.061 0.117 0.128 0.167 0.36

pl/mm 2.5 2.24 2 1.8 1.6

SNR 196 137 125 143 162

S/P 0.59 1.06 1.77 2.65 3.79

121kV

HC 0.5a) 14 11 8 7 5

C b) 0.067 0.128 0.238 0.302 0.496

pl/mm 2.5 2.24 2 1.6 1.25

SNR 221 153 135 145 157

S/P 0.6 1.13 1.74 2.62 3.59

a) Nombre d’objets à haut contraste (0.5 mm), b) contraste minimal de l’objet pour le voir

Lorsque l’épaisseur de matière augmente, la RS diminue et la détectabilité de l’objet aussi. Nous

remarquons qu’à l’inverse, le rapport S/P augmente (de 43 à 88%), et que le contraste nécessaire à l’objet

pour être visible augmente dans les mêmes proportions (de 42 à 100%). Il est fort probable que cette

diminution de la détectabilité soit liée à la proportion de plus en plus importante du diffusé qui comme

nous le savons péjore le contraste. Nous remarquons que le SNR diminue jusqu’à 15cm d’épaisseur puis

qu’il augment à nouveau ensuite. Cette augmentation provient probablement de la participation du

rayonnement diffusé produit à travers des grandes épaisseurs à la formation de l’image. Avec ces

résultats, il n’est pas possible de se prononcer sur l’influence du SNR sur la détectabilité. Pour une même

RS, la détectabilité varie. Afin d’établir s’il existe un lien entre la RS et la détectabilité, nous avons

approfondi notre recherche en effectuant des images avec des charges plus élevées.

25

Tableau 7: Lecture de la détectabilité à haut contraste, champ de 20cm*20cm, 10*I0

Nous devons tenir compte lors de l’interprétation de ces résultats qu’il s’agit ici de conditions

expérimentales qui peuvent biaiser l’analyse. Comme le montre le tableau ci-dessus, nous voyons

qu’avec une excellente RS qui reste identique, la détectabilité diminue, ce qui n’était pas clairement

visible avec 3*I0. En augmentant ainsi la charge, le bruit a tellement été réduit que nous n’arrivons plus

à évaluer son influence. Nous avons donc un meilleur SNR mais la détectabilité diminue quand même.

Nous constatons à l’aide de ce tableau que le rapport S/P influence la détectabilité. Alors que le rapport

S/P augmente d’un facteur 7 entre 5 et 25cm de PMMA, la détectabilité diminue de 0.33.

Nous avons un premier aperçu de l’influence de la RS et du rapport S/P sur la détectabilité. Nous

remarquons ici que la visualisation d’un objet dépend de nombreux facteurs ayant les uns sur les autres

une influence relativement importante. Non seulement, il nécessite une bonne RS mais aussi une quantité

faible de diffusé pour optimiser le contraste et très peu de bruit pour ne pas noyer le détail. Nous pouvons

mentionner également une diminution du nombre visible d’objets à haut contraste lorsque la tension

augmente, en particulier lors du passage de 100 à 120 kV.

5.6 Mesures complémentaires

5.6.1 Influence de la grille sur le rayonnement diffusé et la RS

Afin d’effectuer une comparaison avec nos précédentes mesures, nous avons complété nos données par

des tests avec une grille pour mesurer l’impact de son utilisation. Pour cela, nous avons effectué des

clichés à 100kV pour toutes les épaisseurs de PMMA, avec un champ de 20cm*20cm. Le diffusé n’étant

pas dépendant de la charge, nous en avons profité pour les effectuer avec une charge de 10 fois

supérieure à celle utilisée pour l’étude du rapport S/P (10*I0).

Les résultats nous montrent une diminution du rapport S/P de l’ordre de 74% lors de l’utilisation de la

grille pour les épaisseurs de PMMA de 5, 10, 15 et 25cm sauf pour 20cm où nous obtenons 68% de

réduction du diffusé. Ce qui confirme, comme cité dans plusieurs études, l’efficacité de la grille pour

réduire la quantité de diffusé. De plus, nous constatons que la valeur du rapport S/P avec la grille est

toujours inférieure à 1, ce qui nous donne selon nos tableaux la meilleure résolution spatiale qui est de

2.5 pl/mm. Pour les faibles épaisseurs, même si l’utilisation de la grille améliore le rapport S/P, aucune

Tension Epaisseurs de PMMA

5cm 10cm 15cm 20cm 25cm

100kV

HC 0.5 15 15 12 10 10

Contraste 0.061 0.061 0.117 0.167 0.167

pl/mm 2.5 2.5 2.5 2.5 2.24

SNR 214.6 196.3 178.4 194.9 276.4

S/P 0.57 1.06 1.77 2.19 3.66

26

amélioration de la RS n’est observée. Il n’y a donc pas d’intérêt à l’employer dans ces cas, d’autant plus

que son utilisation augmente la dose au patient. Par contre avec 25cm de PMMA, nous remarquons une

amélioration de la RS. A partir de cette épaisseur, nous pouvons estimer que la grille devient

intéressante. En conclusion, l’usage de la grille n’est efficace pour l’amélioration de la RS que pour les

grandes épaisseurs. Pour les faibles épaisseurs bien que la grille réduise le diffusé, elle ne fait qu’induire

une augmentation de la dose sans améliorer la RS.

Tableau 8: Résultats du rapport S/ P et de la RS avec et sans grille, pour une tension de 100kV,

un champ de 20cm*20cm

Test de la grille

PMMA Grille

mAs Niveau de gris Dose au détecteur Rapport Facteur

10*I 0 s s+p S S+P P S/P amélioration

5cm Sans 3.2 1259 3408 14.26 39.18 24.93 0.57

3.8 Avec 3.2 210 1439 2.08 16.34 14.26 0.15

10cm

Sans 6.3 1521 2925 17.29 33.58 16.29 1.06 3.78

Avec 6.3 246 1021 2.51 11.49 8.99 0.28

15cm Sans 9.0 1139 1765 12.87 20.13 7.26 1.77

3.85 Avec 9.0 186 524 1.80 5.73 3.93 0.46

20cm

Sans 25.0 1297 1874 14.70 21.39 6.70 2.19 3.08

Avec 25.0 242 539 2.46 5.91 3.45 0.71

25cm

Sans 56.0 1587 2013 18.06 23.00 4.94 3.66 3.73

Avec 56.0 249 472 2.54 5.12 2.59 0.98

5.6.2 Atténuation de la mire de résolution

Une comparaison du rapport S/P avec et sans l’utilisation du fantôme de Leeds a été fait à 100kV, avec

un champ de 20cm*20cm et 20cm de PMMA, sans grille. Nous avons utilisé 10*I0 car nous avions

acquis des images avec fantôme et disque plombé uniquement pour cette charge dans le cadre d’un autre

test.

Tableau 9: Comparaison S/P avec et sans mire de résolution

Niveau de gris Dose au détecteur S/P Ecart

s s+p p S S+P P

Sans mire (3*I0) 167.76 219.77 52.01 1.6 2.20 0.60 2.65 17%

Avec mire (10*I0) 1519.38 2195.68 676.31 17.28 25.12 7.85 2.20

En tant qu’épaisseur supplémentaire, la mire de résolution devrait produire un léger diffusé. Or le

résultat de nos mesures est l’obtention d’un meilleur rapport S/P avec la mire. Nous pouvons interpréter

ce résultat de la manière suivante : la mire de résolution produit très peu de rayonnement diffusé et

l’écart calculé peut être dû à la charge très élevée utilisée. En effet, avec 10*Io nous nous situons dans

les hautes doses au niveau de la courbe de calibration tandis qu’avec les 3*I0 nous sommes dans les

basses doses. Ce qui pourrait expliquer cet écart de rapport S/P lié à la dose.

27

6. DISCUSSION

L’étude du rayonnement diffusé a principalement été effectuée dans l’optique d’une mise en parallèle

avec les données de la résolution spatiale sur la base de paramètre identiques. Elle nous a également

permis de modéliser des courbes de variation pour nos conditions d’acquisition. Nous avons obtenu

comme résultat une influence négligeable (écart relatif à la moyenne <10%) de la tension sur le rapport

S/P, ce qui nous a conduit à utiliser la valeur moyenne S/Pm par épaisseur de PMMA par la suite. Nos

graphiques illustrent l’influence de l’épaisseur dans la quantité de rayonnement diffusé produite. La

taille de champ a elle aussi un rôle important mais moindre par rapport à l’épaisseur. Nous résultats

s’accordent avec les constatations relevées dans les articles consultés à propos de l’effet de l’épaisseur

et de la surface irradiée sur le rayonnement diffusé. En effet, puisque le diffusé est produit lors de

l’interaction des rayons avec la matière, plus le volume de matière irradié augmente, plus le diffusé

augmente. La possibilité que nous offrent les résultats de notre étude sur le rapport S/P est que nous

pouvons calculer le rapport S/P pour n’importe quel champ entre 200 et 1600cm2 avec toutes les

épaisseurs entre 5 et 25cm. Par exemple, en effectuant la moyenne des valeurs calculées pour un champ

de 997cm2 avec les équations pour 15 et 25cm de PMMA, nous obtenons un rapport S/P de 3.75 pour

20cm de PMMA. La valeur qui avait été mesurée sur les images pour cette valeur était de 3.51, soit un

écart relatif de 0.068. Nous pouvons donc obtenir une estimation avec une erreur inférieure à 10%.

Nous pouvons comparer certains de nos résultats concernant le rapport S/P avec ceux de Yaffe et Johns

(1983). Par exemple, pour un champ de 15cm*15cm (ce qui représente une surface à la table de

17cm*17cm), 25cm de PMMA et 81kV, ils obtiennent avec une DFD de 1m, un rapport S/P de 2.7

contre une valeur de 2.77 à une DFD de 1.20m pour notre étude. Cette légère différence de diffusé peut

être expliquée par l’air-gap qu’ils ont utilisé (DOD de 6.7cm). Fritz et Jones (2013) ont quant à eux

calculé, pour une épaisseur de 10 cm de PMMA, 80kV et une surface de 1175cm2, un rapport S/P de

1.2. Nous avons pour ces mêmes conditions (sauf 1.20m de DFD) une valeur de 1.54 (S/Pm).

Pour la RS, nous avons mis en évidence une influence de la tension, comme l’avançaient également

Arimura, Date, Morikawa, Kubota, Matsumoto et Kanamori (2002). Pour une taille de champ de

20cm*20cm et 20cm de PMMA, ils ont obtenu une RS de 1.5 pl/mm à 80kV qui diminue ensuite pour

les tensions de 90 et 100kV. Notre valeur RS pour 81kV est de 1.8 pl/mm avec également une diminution

pour les tensions suivantes mais moins marquées. Ce résultat nous permet d’avancer que pour des

conditions d’exposition comparables, le système avec détecteur numérique offre une meilleure RS que

le couple écran-film. Nous avons aussi trouvé que l’épaisseur est à nouveau le facteur ayant le plus

d’influence sur la RS. Plus elle augmente, plus la RS diminue. Nous avons calculé une réduction de 50%

entre 5 et 25cm PMMA pour un champ de 20cm*20cm et 125kV. La taille du champ influe également

sur la RS. Néanmoins, cette influence est moins marquée par rapport à celle de l’épaisseur, avec une

28

diminution maximale du nombre de pl/mm de 30% (à 109 kV pour 25cm de PMMA entre le champ de

15cm*15cm et 30cm*30cm). Dans les autres cas, elle se situe plutôt autour de 20%.

Pour mettre en évidence l’influence du rayonnement diffusé sur la RS, nous avons corrélé les résultats

de nos deux études précédentes. Nous avons mis en évidence que la RS diminue lorsque le rapport S/P

augmente, bien que pour une même valeur de S/P nous ayons obtenu différents niveaux de résolution.

Nous n’avons pas observé de réponse unique de la RS au rapport S/P comme le représente le graphique

9. Ceci nous a amené à penser que d’autres facteurs entrent en jeu. Ce que nous pouvons retenir, c’est

qu’au-delà d’une certaine valeur de diffusé, la RS diminue.

A partir du graphique illustrant la relation entre la RS et le rapport S/P, nous pouvons tirer plusieurs

informations à mettre en lien avec la pratique clinique. En effet, nous avons pu déterminer qu’un rapport

S/P de plus de 2.3 ne nous permettait plus d’obtenir une RS de 2.24 pl/mm. Cela signifie qu’un objet de

0.22mm ne peut être visible que si le rapport S/P est inférieur à 2.3. A partir de cette information, nous

pouvons grâce aux bases de données établies savoir avec quelle taille de champ et quelle épaisseur nous

arriverions à visualiser une pathologie de cette taille. Comme l’expliquent Frija, de Kerviler, Zagdanski,

Feger, Attal et Laval-Jeantet (1997), selon la pathologie recherchée une résolution plus ou moins bonne

sera nécessaire. Les paramètres d’acquisition seront donc à adapter en fonction de la demande. Par

exemple, dans le cas d’une recherche de micro fracture, une bonne RS est nécessaire mais aussi un bon

contraste. Donc une des premières démarches à faire est de diaphragmer au plus proche de la zone à

explorer. Il arrive fréquemment que par peur de devoir refaire une radio à cause d’un manque

d’information anatomique, le TRM prenne un peu de marge dans son diaphragme. Une diminution de

la taille de champ de 800cm2 à 400cm2 avec 15cm d’épaisseur permet déjà une réduction du rapport S/P

d’un tiers (de 2.23 à 1.47), entraînant une amélioration de la RS et un meilleur contraste. Bien que notre

étude nous fournisse de nombreuses informations pour arriver à cette démarche il aurait idéalement fallu

tester notre méthodologie dans des conditions « réelles », sur un fantôme anthropomorphique afin de se

rapprocher de la pratique. En effet, comme le mentionnent Shaw, Crashaw et Rimmer (2013) l’anatomie

humaine n’est pas uniforme mais composée de superposition de tissus hétérogènes et les interactions du

rayonnement avec ces structures ne sont pas non plus homogènes comme avec des plaques de PMMA.

Cette proposition peut être un exemple de prochaine piste de recherche.

L’étude de la détectabilité des petits objets à haut contraste n’a pas apporté de réponse claire quant à la

relation existant entre les différents facteurs étudiés. Pour une même RS, le nombre d’objets visibles

diminue. Nous n’avons pu expliquer cette diminution par la présence de bruit mais plutôt par

l’augmentation du rapport S/P. Même si l’étude avec la charge de 10*I0 nous fournit des résultats plus

cohérents, une étude plus complète avec plus de données nous permettrait de répondre plus

adéquatement à cette question.

29

Nos expériences avec et sans l’utilisation de la grille ont démontré une réduction de l’ordre de 75% du

rapport S/P lors de l’utilisation de la grille. Cette réduction entraîne une amélioration de la RS pour les

grandes épaisseurs mais pas pour les petites épaisseurs (déjà à 2.5 pl/mm). Donc l’utilisation de la grille

pour améliorer la RS n’est envisageable qu’à partir de 15cm d’épaisseur.

Notre recherche possède évidemment des limites. Dans les études auxquelles nous nous référons, aucune

n’a utilisé d’objet-test conçus spécialement pour l’évaluation de la RS. Deux raisons nous ont poussés

vers ce choix. Premièrement, nous n’avions pas les moyens d’accéder aux données pour mesurer la MTF

et deuxièmement, nous souhaitions nous rapprocher de la pratique par l’analyse visuelle des clichés. La

MTF n’évalue pas la qualité clinique de l’image mais plutôt la performance du détecteur comme le

mentionnent Régent, Lisbona, Noël et Masson, (2013, p.113), d’où l’absence de ce lien avec la clinique.

Nous avons fait le choix de travailler dans des conditions (charges, tensions, DFD et épaisseurs de

PMMA) se rapprochant le plus possible de celles de la pratique clinique même s’il s’agit ici d’une étude

en laboratoire. C’est pourquoi, lors du choix des mAs nous avons opté pour différents protocoles en

fonction des épaisseurs, au lieu d’un seul. Il est possible que notre choix n’ai pas été idéal et que cela ait

eu des répercussions lors de l’établissement des charges à utiliser. Bien que les résultats obtenus nous

donnent une bonne idée de l’influence de la tension, l’épaisseur et la taille de champ sur la RS, nous

aurions probablement obtenu des résultats plus précis en employant des charges encore plus élevées afin

de réduire l’influence du bruit sur la qualité de lecture. Mais déjà en travaillant avec 3*I0, nous nous

éloignons de ce qui se déroule dans la pratiqué. Une proposition de prochaine recherche pourrait donc

être d’étudier l’influence de la charge sur le niveau de bruit et l’impact de ce dernier sur la RS.

La lecture de la mire de résolution est lecteur-dépendante. Nous avons en effet pu remarquer des écarts

importants entre les résultats lors des différentes lectures. C’est pourquoi une différence d’un groupe

dans les graphiques doit être analysée avec prudence. De plus, la conversion du nombre de groupes

visibles sur la mire de résolution en pl/mm a l’allure d’une courbe exponentielle. Donc un écart d’un

groupe n’a pas la même signification lorsqu’il s’agit des premiers groupes que des derniers.

Les résultats obtenus lors de l’étude de la détectabilité des petits objets à haut contraste ne sont pas

concluants. Nous n’avons pas assez de donnés pour obtenir un résultat fiable. En effet, des mesures sur

une plus large gamme de tension et sur d’autres clichés avec des conditions d’acquisition identiques

nous auraient fourni des données plus exactes.

Avant de commencer notre étude, nous avions testé la stabilité des mesures du dosimètre et avions opté

après analyse des résultats pour une mesure unique. À postériori, nous nous sommes rendus compte

qu’une seule mesure n’était pas suffisante et que nous aurions dû en faire plusieurs. Il a suffi qu’une

donnée soit dans la marge inférieure et la suivante dans la partie supérieure pour provoquer une

différence importante sur les graphiques.

30

Nous avons cumulé un certain nombre d’incertitudes avec des marges d’erreur inférieures 10% à

plusieurs niveaux. Notamment entre la valeur mesurée et calculée dès la calibration, puis lors du calcul

du rapport S/Pm avec également des écarts allant jusqu’à 10%, etc. Ce qui rend difficile l’estimation de

l’incertitude quant à nos résultats.

Lors de nos mesures il nous est arrivé d’obtenir des valeurs aberrantes en particulier lors des clichés à

haute tension. Malgré une deuxième mesure ce constat se maintenait. Il faut considérer ces données avec

précaution et c’est pourquoi nous en avons parfois fait abstraction lors de notre analyse. Ces valeurs

peuvent provenir d’un problème de mesure, d’un changement de traitement des données à certaines

tensions, etc. Nous l’avions vu sur les graphiques illustrant la variation du rapport S/P en fonction de la

tension, ces valeurs extrêmes proviennent fréquemment des mesures effectuées avec un grand champ

ou 25cm de PMMA. Des mesures anormales ont été relevées pour le rapport S/P et la RS pour le champ

de 25cm*25cm, 25cm de PMMA aux tensions de 90 et 100kV. Pour ces paramètres, le bruit mesuré est

un peu plus élevé mais le SNR ne présente pas d’écart important par rapport aux autres mesures. Il y a

une augmentation de 39% du diffusé entre le champ de 20cm*20cm et celui de25cm*25cm alors qu’elle

n’est que de 31% pour le rayonnement total mais cette mesure est valable pour d’autres tensions ne

présentant pas de problème. Nous n’avons pas réussi à trouver une explication à ces mesures et il est

certain que ceci représente une limite non négligeable à notre travail. Ces problèmes de valeurs au niveau

des grands champs et des épaisseurs importantes auraient mérité que nous nous penchions plus

attentivement sur ces paramètres et que nous effectuions plus de mesures avec des valeurs

intermédiaires.

31

7. CONCLUSION

Il est important de rappeler au TRM l’influence de la qualité de son travail sur l’image radiologique. Le

but en radiologie n’est pas de réaliser des belles images qui nécessiteraient des doses importantes aux

patients, mais de réaliser des images de qualité suffisante pour le diagnostic avec une dose aux patients

aussi basse que possible. Une bonne qualité d’image peut s’obtenir simplement en portant attention au

diaphragme, à l’épaisseur de matière irradiée et à la tension.

Notre étude a été menée dans ce but, afin de mettre en évidence la relation existant entre le rayonnement

diffusé et la résolution spatiale sur un système numérique à conversion directe en fonction de ces trois

paramètres. Même si cette étude a été réalisée en laboratoire, nous avons néanmoins utilisé des

paramètres qui nous rapprochent des conditions de la pratique clinique.

Nos résultats ont démontré que la tension n’a pas d’influence sur le rapport S/P et que le rayonnement

diffusé est produit essentiellement par le volume de la matière irradiée. Par exemple, entre le plus petit

volume irradié (champ de 15cm*15cm et 5cm PMMA) et le plus grand (champ de 30cm*30cm et 25cm

PMMA) le rapport S/Pm augmente d’un facteur 12.4 (de 0.47 à 5.83).

Le principal facteur influençant la RS est également l’épaisseur, entraînant une réduction de la RS de

50% entre 5 et 25cm de PMMA.

Le rayonnement diffusé péjore la RS. Il n’y a pas de valeur précise de RS répondant à une valeur de

rapport S/P. Nos résultats mettent plutôt en évidence des fourchettes de valeurs de S/P pour une RS

donnée avec une valeur maximale possible.

Les résultats obtenus au cours de l’étude de la détectabilité des petits objets à haut contraste nous a

démontré que la RS n’est pas l’unique critère influençant la visibilité de ces objets. En théorie, à 100kV

et pour un RS de 2 pl/mm, la taille minimale de l’objet visible serait de 0.25mm. Or, la détection des

inserts de 0.5mm du fantôme pour cette même tension n’est possible qu’à condition d’avoir un contraste

de presque 13%. Il ne faut pas oublier que nos résultats de la RS sont issus de mesures en laboratoire et

qu’ils ne tiennent pas compte de tous les autres facteurs entrant en jeu. Ce qui signifie qu’assurer une

bonne RS n’est pas assurer une bonne détectabilité.

L’utilisation de la grille anti-diffusante permet d’améliorer la résolution spatiale par la réduction du

rayonnement diffusé qui est essentiellement produit par les objets de grandes épaisseurs. Les chiffres

donnés dans l’analyse des résultats sont tout à fait parlant avec une réduction du rapport S/P d’un facteur

supérieur à 3.7 pour 25cm de PMMA, menant à une valeur avec grille de moins de 1 (donc une bonne

RS selon le graphique 9).

L’exploitation de nos résultats doit se faire avec précaution en tenant compte des conditions de l’étude

car notre méthodologie possède des limites. Principalement, le cumul d’incertitudes et l’aspect lecteur-

32

dépendant lié à la RS. Nous n’avons pas non plus trouvé d’explications à toutes nos valeurs aberrantes

car les limites de nos connaissances sur la physique du détecteur notamment ont été parfois atteintes.

Les données présentées dans cette étude offrent néanmoins la possibilité d’estimer des valeurs de rapport

S/P en fonction n’importe quel paramètre étudié et l’étude sur la RS nous donne également des repères.

33

LISTE DE REFERENCES

• Arimura, H., Date, T., Morikawa, K., Kubota, H., Matsumoto, M., & Kanamori, H. (2002).

Effect of Scattered X Rays on Image Signal of Radiograph. SPIE Proceedings, 4682, 675-682.

• Chantepie B. (2008). Étude et réalisation d’une électronique rapide à bas bruit pour un

détecteur de rayons X à pixels hybrides destiné à l’imagerie du petit animal (Thèse de doctorat

non publiée). Université de la méditerranée, Marseille.

• Dillenseger, J.-P. & Moerschel, E. (2009). Guide des technologies de l’imagerie médicale et de

la radiothérapie, Quand la théorie éclaire la pratique. Issy-les-Moulineaux: Elsevier Masson.

• Frija, J., de Kerviler, E., Zagdanski, A.-M., Feger, C., Attal, P. & Laval-Jeantet, M. (1997).

Radiologie numérique du thorax. Journal de Radiologie, 78, 193-207. Paris : Editions françaises

de radiologie

• Fritz, S. & Jones, A. K. (2014). Guidelines for anti-scatter grid use in pediatic digital

radiography. Pediatr Radiol, 44, 313-321.

• Lança, L. & Silva, A. (2009). Digital radiography detectors – A technical overview: Part 2.

Radiography, 15, 134-138. Accès http://www.sciencedirect.com

• Régent, D., Lisbona, A., Noël, A. & Masson, F. (2013). Scanner et rayons X. (S.l.) : Elsevier

Masson.

• Salvagnini, E., Bosmans, H., Struelens, L. & Marshall, N. W. (2012). Quantification of scattered

radiation in projection mammography: Four practical methods compared. Medical Physics,

39(6), 3167-3180. doi: 10.1118/1.4711754

• Samei, E. (2003). Performance of Digital Radiographic Detectors: Quantification and

assessment Methods. RSNA’03. Accès http://www.aapm.org/meetings/amos2/pdf/29-7979-

41789-512.pdf

• Shah, G. A., Hassam, G. & Newman, D. L. (1996). The effectiveness of antiscatter techniques.

Radiography, 2, 191-195. Accès http://www.sciencedirect.com

• Shaw, D.J., Crawshaw, I. & Rimmer, S.D. (2013). Effects of tube potential and scatter rejection

on image quality and effective dose in digital chest X-ray examination: An anthropomorphic

phantom study. Radiography, 19, 321-325.

• Yaffe, M. J. & Johns, P. C. (1983). Scattered Radiations in Diagnostic Radiology: Magnitudes,

Effects, and Methods of Reduction. Journal of Applied Photographic Engineering, 9, 184-195.

34

BIBLIOGRAPHIE

• Aichinger, H., Dierker, J., Joite-Barfuss, S. & Säble, M. (2012). Radiation exposure and image

quality in X-Ray Diagnostic Radiology, Physical Principles and clinical applications (2nd ed.).

Heidelberg: Springer.

• Barnes, G. T. (1991). Contrast and scatter in x-ray imaging. RadioGraphics, 11, 307-323.

• Bonvin, M., Steiner, C. & Théodoloz M. (2012). Etude qualitative entre trois systèmes

d’imagerie médicale : Evaluation de la qualité d’image en corrélation avec les doses de la

pratique clinique. (Travail de Bachelor, HESAV, Lausanne). Accès

http://doc.rero.ch/record/31922/files/HESAV_TB_BONVIN_2012.pdf

• Bushberg, J. T., Seibert, J. A., Leidholdt, E. M. & Boone, J. M. (2002). The essential physics of

medical imaging (2nd ed.). USA: Lippincott Williams & Wilkins.

• Cuzin, M. & Peyret, O. (1998). Nouvelles technologies de détecteur pour l’imagerie

radiologique. RBM-News, 20 (9),198-203. Paris : Elsevier

• Institut de Radiophysique Appliquée & Haute Ecole de Santé Vaud filière TRM. (Ed.). (2013

a)). Radiophysique vol. III : Radiodiagnostic. Manuscrit non publié, IRA/HESAV TRM,

Lausanne.

• Institut de Radiophysique Appliquée & Haute Ecole de Santé Vaud filière TRM. (Ed.). (2013

b)). Radiophysique vol. V. : Imagerie médicale. Manuscrit non publié, IRA/HESAV TRM,

Lausanne.

• Liu, X. & Shaw, C. C. (2007). Rejection and redistribution of scattered radiation in Scan

Equalization Digital Radiography (SEDR): simulation with spot images. Medical Physics,

34(7), 2718-2729.

• Martin, C.J., Sharp, P.F. & Sutton, D.G. (1999). Measurement of image quality in diagnostic

radiology. Applied Radiation and Isotopes, 50, 21-38.

• Nyirimanzi, G. & Amir, R. (2014). L’utilisation de la grille anti-diffusante en radiologie

numérique est-elle encore bénéfique ? Etude de son effet sur la dose et la qualité d’image.

(Travail de Bachelor, HESAV, Lausanne). Accès https://doc.rero.ch/record/234411

• Office fédéral de la santé publique. (1998). Ordonnance sur les installations radiologiques à

usage médical (Ordonnance sur les rayons X). Accès http://www.admin.ch/opc/fr/classified-

compilation/19980186/index.html

35

• Oluwafisoye, P.A., Olowookere, C.J., Jibiri, N.N., Bello, T.O., Alausa, S.K. & Efunwole, H.O.

(2010). Quality control and environmental assessment of equipment used in diagnostic

radiology. IJRRAS, 3(2), 148-158.

• Peck, D. (S.d.). Quality Assessment Procedures for Digital Radiography. Accès

http://www.aapm.org/meetings/amos2/pdf/26-5959-83142-414.pdf

• Samei, E., Ranger, N.T., Dobbins, JT. 3rd & Chen, Y. (2006). Intercomparison of methods for

image quality characterization. I. Modulation transfer function. Medical Physics, 33(5), 1454-

1465.

• Seibert, J. A. & Boone, J. M. (2005). X-Ray Imaging Physics for Nuclear Medicine

Technologists. Part 2: X-Ray Interactions and Image Formation

• Uffmann, M. & Schaefer-Prokop, C. (2009). Digital radiography: The balance between image

quality and required radiation dose. European Journal of Radiology, 72(2), 202-208.

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ANNEXES

Annexe 1 : Choix des mAs

Annexe 2 : Manuel d’utilisation du fantôme de Leeds TOR

Annexe 3 : Exemple données brutes pour 55 et 70kV

Annexe 1 : Choix des mAs

AEC Manuel Mode QC

Sans mire Avec mire Sans mire Avec mire

I 0 Dose dét. I0 Dose dét. I 0 3*I 0 2*I 0 Dose dét. 10*I 0

55kV 5cm PMMA 1.8 5.14 2.3 6.07 1.8 5.7 4.6 12.52

55kV 10cm PMMA 3.2 3.06 4.5 3.67 3.2 10.1 9.1 7.32

55kV 15cm PMMA 9.3 3.02 13.6 3.52 9.3 28.1 28.0 6.75

55kV 20cm PMMA 37.1 3.66 53.9 4.21 37.1 110.1 110.0 8.04

55kV 25cm PMMA 118.3 3.32 171.3 3.84 118.3 280.1 280.0 6.13

70kV 5cm PMMA 1.2 4.64 1.3 4.89 1.2 3.7 2.6 13.35

70kV 10cm PMMA 1.3 2.41 1.6 2.69 1.3 4.1 3.3 5.49

70kV 15cm PMMA 2.9 2.12 3.9 2.45 2.9 9.1 8.1 5.02

70kV 20cm PMMA 9.7 2.53 13.4 2.93 9.7 28.1 28.1 6.04

70kV 25cm PMMA 26.9 2.49 37.6 2.85 28.0 80.1 71.2 5.16

81kV 5cm PMMA 1.0 5.52 1.0 4.66 1.0 2.9 2.1 15.98

81kV 10cm PMMA 0.9 2.35 1.0 2.46 0.9 2.9 2.1 5.19

81kV 15cm PMMA 1.7 1.78 2.1 2.06 1.7 5.1 4.1 4.03

81kV 20cm PMMA 4.9 2.12 6.6 2.42 4.9 16.1 12.5 4.67

81kV 25cm PMMA 12.8 2.10 17.3 2.40 12.5 40.1 36.0 4.88

90kV 5cm PMMA 0.8 5.29 0.9 6.28 0.8 2.6 1.8 18.80

90kV 10cm PMMA 0.7 2.32 0.8 2.33 0.7 2.1 1.7 5.75

90kV 15cm PMMA 1.2 1.81 1.5 1.78 1.2 3.7 2.9 3.94

90kV 20cm PMMA 3.3 1.93 4.3 2.18 3.3 10.1 9.0 4.92

90kV 25cm PMMA 7.9 1.98 10.7 2.18 8.0 25.1 22.1 4.51

100kV 5cm PMMA 0.7 7.20 0.8 5.20 0.7 2.1 1.7 21.58 3.2

100kV 10cm PMMA 0.6 2.19 0.7 2.40 0.6 1.9 1.7 7.73 6.3

100kV 15cm PMMA 0.9 1.67 1.1 1.65 0.9 2.9 2.3 4.08 9.0

100kV 20cm PMMA 2.3 1.91 3.0 2.11 2.3 7.2 5.7 4.32 25.0

100kV 25cm PMMA 5.3 1.80 7.0 2.04 5.1 16.1 14.1 4.14 56.0

109kV 5cm PMMA 0.7 8.30 0.7 7.69 0.7 2.1 1.5 22.50

109kV 10cm PMMA 0.6 2.66 0.6 2.23 0.6 1.9 1.3 7.47

109kV 15cm PMMA 0.8 1.62 0.9 1.78 0.8 2.6 1.9 4.28

109kV 20cm PMMA 1.9 1.78 2.4 2.06 1.9 5.7 5.1 5.00

109kV 25cm PMMA 4.0 1.83 5.3 2.02 4.0 12.6 11.1 4.32

121kV 5cm PMMA 0.7 8.50 0.7 7.21 0.7 2.1 1.5 28.07

121kV 10cm PMMA 0.5 2.69 0.6 2.40 0.5 1.5 1.3 9.72

121kV 15cm PMMA 0.7 1.70 0.8 1.98 0.7 2.3 1.7 4.90

121kV 20cm PMMA 1.5 1.94 1.9 2.26 1.5 4.6 3.7 4.80

121kV 25cm PMMA 3.1 1.85 3.9 2.00 3.2 10.1 8.1 4.34

125kV 5cm PMMA 0.7 10.33 0.7 9.30 0.7 2.1 1.3 26.39 7.0

125kV 10cm PMMA 0.5 2.74 0.6 3.27 0.5 1.5 1.2 8.36 5.0

125kV 15cm PMMA 0.7 1.91 0.8 2.13 0.7 2.3 1.7 5.52 7.0

125kV 20cm PMMA 1.4 2.10 3.3 4.57 1.4 4.1 5.1 7.45 14.0

125kV 25cm PMMA 2.8 1.82 3.6 2.03 2.8 9.1 7.2 4.27 28.0

Annexe 2 : Manuel d’utilisation du fantôme de Leeds TOR

• Tableau de conversion pour la résolution spatiale

• Table de conversion détectabilité-contraste

X-Ray contrast values are given for beam-conditions of 70kVp (constant potential) with 1mm copper

filtration. These should be regarded as nominal values ; actual contrasts will depend on the shape of the

kVp waveform, etc. they are also subject to manufacturing tolerances of +/- 5%.

Annexe 3 : Exemple données brutes pour 55 et 70kV

I 0 3* I 0

Tension Epaisseur surface à surface mAs Niveau de gris Dose au détecteur Rapport S/P

val. moy. moyenne écart-

type SNR mAs RS taille

[kV] [cm] l'entrée [cm2] au D s s+p S S+P P tensions groupes pl/mm [mm] 55 5 225 268 1.8 89 244 1.06 3.33 2.27 0.47 0.47 631 3.9 161 5.70 15 2.5 0.20 55 5 400 476 1.8 105 252 1.29 3.46 2.17 0.59 0.59 715 3.7 193 5.70 15 2.5 0.20 55 5 625 744 1.8 121 278 1.53 3.84 2.32 0.66 0.69 749 3.6 208 5.70 15 2.5 0.20 55 5 900 1071 1.8 125 281 1.59 3.88 2.29 0.70 0.72 780 4.6 170 5.70 14 2.24 0.22 55 10 225 294 3.2 83 151 0.97 1.97 1.00 0.97 0.86 437 2.9 151 10.1 15 2.5 0.20 55 10 400 522 3.2 100 169 1.22 2.23 1.02 1.20 1.13 437 2.9 151 10.1 15 2.5 0.20 55 10 625 816 3.2 122 193 1.54 2.59 1.05 1.46 1.43 479 3.0 160 10.1 15 2.5 0.20 55 10 900 1176 3.2 126 197 1.61 2.64 1.03 1.56 1.54 510 3.0 170 10.1 14 2.24 0.22 55 15 225 324 9.3 94 146 1.14 1.90 0.76 1.49 1.30 344 2.7 127 28.1 14 2.24 0.22 55 15 400 576 9.3 118 169 1.49 2.24 0.75 1.98 1.80 417 2.8 149 28.1 14 2.24 0.22 55 15 625 900 9.3 146 201 1.90 2.71 0.81 2.34 2.34 477 2.9 164 28.1 14 2.24 0.22 55 15 900 1296 9.3 156 209 2.04 2.82 0.78 2.60 2.59 504 3.9 129 28.1 13 2 0.25

55 20 225 359 37.1 138 193 1.78 2.59 0.82 2.18 1.97 439 3.1 144 110.1 14 2.24 0.22 55 20 400 638 37.1 175 231 2.33 3.15 0.82 2.83 2.65 572 5.2 110 110.1 13 2 0.25

55 20 625 997 37.1 225 287 3.05 3.97 0.92 3.32 3.51 662 3.8 174 110.1 13 2 0.25

55 20 900 1436 37.1 246 304 3.37 4.22 0.86 3.94 4.10 720 3.9 185 110.1 12 1.8 0.28

55 25 225 400 118.3 152 200 1.99 2.70 0.71 2.81 2.74 388 2.48 157 280.1 13 2 0.25 55 25 400 711 118.3 206 257 2.78 3.53 0.75 3.72 3.73 605 3.40 178 280.1 12 1.8 0.28

55 25 625 1111 118.3 259 307 3.55 4.26 0.70 5.06 5.10 615 5.70 108 280.1 13 2 0.25

55 25 900 1600 118.3 295 352 4.09 4.92 0.83 4.94 5.83 684 10.50 65 280.1 13 2 0.25

70 5 225 268 1.2 127 351 1.30 4.01 2.71 0.48 0.47 1066 5.0 212 3.70 15 2.5 0.20 70 5 400 476 1.2 111 267 1.10 2.99 1.89 0.58 0.59 1197 4.9 244 3.70 15 2.5 0.20 70 5 625 744 1.2 175 412 1.88 4.74 2.86 0.66 0.69 1276 5.2 245 3.70 15 2.5 0.20 70 5 900 1071 1.2 181 417 1.95 4.80 2.86 0.68 0.72 1326 5.7 233 3.70 14 2.24 0.22 70 10 225 294 1.3 85 158 0.79 1.68 0.89 0.89 0.86 444 3.5 128 4.1 14 2.24 0.22 70 10 400 522 1.3 104 173 1.02 1.86 0.84 1.22 1.13 519 3.4 153 4.1 15 2.5 0.2

70 10 625 816 1.3 127 202 1.29 2.21 0.92 1.41 1.43 574 3.2 179 4.1 14 2.24 0.22

70 10 900 1176 1.3 133 205 1.37 2.25 0.87 1.57 1.54 616 3.3 187 4.1 13 2 0.25

70 15 225 324 2.9 93 143 0.89 1.49 0.60 1.48 1.30 371 3.1 119 9.1 14 2.24 0.22 70 15 400 576 2.9 105 148 1.03 1.55 0.53 1.96 1.80 458 3.3 141 9.1 13 2 0.25

70 15 625 900 2.9 149 201 1.56 2.20 0.64 2.46 2.34 533 3.3 162 9.1 13 2 0.25